【摘要】：國(guó)內(nèi)大多數(shù)油田開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)入中后期,油層含水量逐漸上升,層問(wèn)矛盾加劇,為了增加石油產(chǎn)量,提高油田生產(chǎn)效益,油田的增產(chǎn)措施由層間轉(zhuǎn)為大厚層內(nèi)的薄差油層開(kāi)采,而現(xiàn)有的分層注水工藝無(wú)法滿足層內(nèi)薄差油層精細(xì)分層注水需求,其原因主要由于分層注水封隔器膠筒長(zhǎng)度過(guò)小,在封隔器坐封時(shí)由于管柱竄動(dòng)、磁定位誤差的影響,無(wú)法確定封隔器具體的坐封位置,為此需要研究一種用于大厚層內(nèi)卡封的長(zhǎng)膠筒封隔器,通過(guò)對(duì)薄夾層的反向封隔,達(dá)到對(duì)設(shè)定層段的有效坐封；與此同時(shí),由于封隔器的坐封層段已經(jīng)射開(kāi),射孔后的套管內(nèi)壁會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則甚至有刺向內(nèi)部的殘片,使長(zhǎng)膠筒膨脹坐封時(shí)有可能劃破膠筒造成卡封失敗。因此,我們有必要對(duì)封隔器工作時(shí)膠筒的受力情況進(jìn)行研究,分析膠筒的應(yīng)力分布規(guī)律,從而為長(zhǎng)膠筒封隔器在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供指導(dǎo)意見(jiàn)。本文根據(jù)擴(kuò)張式注水封隔器原理,主要針對(duì)K344-112型,膠筒長(zhǎng)度為720mm、970mm兩種長(zhǎng)膠筒封隔器,膠筒材料均為氫化丁腈,采用Mooney-Rivlin本構(gòu)模型,運(yùn)用有限元分析方法按照封隔器在坐封和注水兩種工況下,分別對(duì)常規(guī)條件及套管射孔條件下的封隔器進(jìn)行坐封數(shù)值模擬研究。分析結(jié)果表明,長(zhǎng)膠筒封隔器在坐封過(guò)程中,膠筒下端首先脹開(kāi),中端及上端隨著壓力增大逐漸脹開(kāi),膠筒整體脹開(kāi)不均勻；在常規(guī)條件下,封隔器膠筒在坐封后的應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)在膠筒的肩部；其中,膠筒下肩部應(yīng)力集中現(xiàn)象尤為明顯,膠筒等效應(yīng)力最大值在膠筒許用應(yīng)力以內(nèi),膠筒不會(huì)被破壞。當(dāng)封隔器坐封于炮眼段時(shí),膠筒在肩部、毛刺部位均發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；其中,在膠筒上端與炮眼接觸時(shí),720mm膠筒最大等效應(yīng)力值出現(xiàn)在下肩部,970mm膠筒最大等效應(yīng)力值位于上肩部；膠筒中部、下端分別與炮眼接觸時(shí),膠筒最大等效應(yīng)力值均在下肩部；封隔器在坐封后,只有膠筒在注水壓力8MPa-12MPa下膠筒等效應(yīng)力最大值在膠筒許用應(yīng)力以內(nèi),膠筒不會(huì)被破壞。根據(jù)有不同條件下封隔器力學(xué)分析可知,無(wú)論封隔器坐封于炮眼段或是未射孔套管,膠筒均在肩部發(fā)生應(yīng)力集中,其中下肩部應(yīng)力集中現(xiàn)象最明顯,而發(fā)生應(yīng)力集中的主要原因是由于補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的影響。由此可見(jiàn),在對(duì)膠筒尺寸優(yōu)化以減輕應(yīng)力集中的同時(shí),也應(yīng)該對(duì)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果,720mm膠筒封隔器在膠筒接觸傾角A=31.127。,膠筒內(nèi)徑R1=75.472mm,膠筒外徑R2=111.39mm,補(bǔ)償結(jié)構(gòu)DT=0.0649mm時(shí)結(jié)構(gòu)最優(yōu)；優(yōu)化后膠筒最大等效應(yīng)力為8.837MPa,比未優(yōu)化膠筒低5.085MPa,封隔器結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化良好；970mm膠筒封隔器在膠筒接觸傾角A=38.44。,膠筒內(nèi)徑R1=75.925,膠筒外徑R2111.98,補(bǔ)償結(jié)構(gòu)DT=0.0459mm時(shí)結(jié)構(gòu)最優(yōu)；優(yōu)化后膠筒最大等效應(yīng)力為11.272MPa,比未優(yōu)化膠筒低3.038MPa,封隔器結(jié)構(gòu)優(yōu)化良好。
【圖文】：

其膠筒長(zhǎng)度分別為７２０ｍｍ、９７０ｍｍ；擋碗長(zhǎng)度為ｌｌＯｍｍ；由于膠筒長(zhǎng)度過(guò)逡逑長(zhǎng)，在膠筒加工時(shí)需要預(yù)留ｌＯｉｎｉｎ的余量Ｗ便封隔器組裝，封隔器的基本結(jié)構(gòu)如逡逑圖１－１所示。逡逑Ｌ邐（＝：邐＾邐、７邐＿＿＿－１＾逡逑／邋／邋＾＝＾＾１逡逑１邐２邐３邐４邐５邐６邐１邐．逡逑定．逡逑１－上接頭２－上擋碗３－中也管４－膠筒５－下?lián)跬耄叮瓊饕嚎祝罚陆宇^逡逑圖１－１Ｋ３４４－１１２型長(zhǎng)膠筒封隔器結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ邋１－１邋Ｋ３４４－１１２邋ｌｏｎｇ邋ｒｕｂｂｅｒ邋ｔｕｂｅ邋ｐａｃｋｅｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑工作原理：坐封時(shí)，水經(jīng)中也管３上的傳液孔６進(jìn)入膠筒４與中屯、管３之間逡逑的環(huán)形密封腔，當(dāng)油套壓差大于０．５ＭＰａ時(shí)，膠筒４膨脹坐封；其中下?lián)跬耄悼桑保掊�，逡逑沿下接頭７上行１０ｍｍ。解封時(shí)，當(dāng)油套壓力平衡時(shí)，封隔器即可解封。逡逑１．４本文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)逡逑１．４．１主要研究?jī)?nèi)容逡逑本文Ｗ某油田Ｋ３４４－１１２型長(zhǎng)膠簡(jiǎn)封隔器為研究對(duì)象，膠筒長(zhǎng)度分別為７２０ｍｍ、逡逑９７０ｍｍ，膠筒材料為氨化下臘橡膠，邵氏硬度９０，許用抗拉強(qiáng)度２８Ｍ化。通過(guò)運(yùn)逡逑用ＡＮＳＹＳ有限元分析軟件在封隔器卡封層段己經(jīng)射開(kāi)的情況下，分別對(duì)封隔器坐逡逑封過(guò)程、注水過(guò)程兩種工況中膠筒的受力進(jìn)行數(shù)值模擬。分析長(zhǎng)膠筒在不同情況下逡逑的受力狀況，對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改進(jìn)應(yīng)為集中區(qū)域的結(jié)構(gòu)。本文具體逡逑解決下幾個(gè)問(wèn)題：

其中膠筒下端的作用力是由于封隔器補(bǔ)償結(jié)構(gòu)（如圖１－１）的原因，當(dāng)油管內(nèi)流體逡逑由傳液化進(jìn)入環(huán)形密封腔同時(shí)作用于擋碗結(jié)構(gòu)，推動(dòng)擋碗向上移動(dòng)，作用力大小等逡逑于油管內(nèi)壓力Ｐｉ，，膠筒在坐封過(guò)程中的受力分析如圖２－１邋（ａ）所示；在注水過(guò)程逡逑中，由于封隔器己經(jīng)坐封完畢，此時(shí)膠筒內(nèi)腔受Ｐｉ，膠筒外部受上注水壓力Ｐｕ及逡逑下注水壓力Ｐｄ，膠筒在注水過(guò)程中的受力分析如圖２－１邋（ｂ）所示。逡逑RG邐Ｗ逡逑二二Ｉ邐二是逡逑Ｐ１號(hào)逡逑二二邐：毒逡逑一一Ｉ邐二逡逑一一邋Ｉ邐哥；：逡逑明Ｗ逡逑（ａ）坐封過(guò)程邐（ｂ）注水過(guò)程逡逑圖２－１膠筒受力分析示意圖逡逑Ｆｉｇ邋２－１邋Ｒｕｂｂｅｒ邋ｔｕｂｅ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑９逡逑
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE931.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 董琦;;長(zhǎng)膠筒封堵技術(shù)在油田開(kāi)發(fā)中應(yīng)用探討[J];化學(xué)工程與裝備;2014年04期

2 周曉君;段志明;王劍;丁維超;顧文君;;基于Workbench分析封隔器膠筒密封性能[J];工業(yè)控制計(jì)算機(jī);2013年11期

3 楊秀娟;閆相禎;賈善坡;;封隔器膠筒大變形的粘—滑摩擦接觸分析[J];機(jī)械強(qiáng)度;2006年02期

4 張寶嶺;王西錄;徐興平;;高壓封隔器密封膠筒的改進(jìn)[J];石油礦場(chǎng)機(jī)械;2009年01期

5 葛松;;壓縮式封隔器密封膠筒有限元分析及改進(jìn)[J];石油礦場(chǎng)機(jī)械;2011年12期

6 吳荷香;馬旭;張宏錄;湯程輝;;層內(nèi)堵水工藝技術(shù)研究及在河南油田的應(yīng)用[J];石油地質(zhì)與工程;2009年04期

7 黃建龍;解廣娟;劉正偉;;基于Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型的超彈性橡膠材料有限元分析[J];橡膠工業(yè);2008年08期

8 謝華;王鳳;;細(xì)分注水方法的研究[J];油氣田地面工程;2007年02期

本文編號(hào)：2580877